張勇

摘要：為提高煙草行業(yè)的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量，需要對煙草設(shè)備進(jìn)行高效的故障診斷，以提高設(shè)備的使用壽命，減少原材料、能源能資源的消耗。本文對煙草設(shè)備的特點(diǎn)與故障診斷基本原則進(jìn)行了簡要說明，指出煙草設(shè)備診斷中存在的診斷技術(shù)、診斷流程、人員管理、硬件條件等方面的不足，提出相關(guān)改進(jìn)意見，并對故障診斷技術(shù)的發(fā)展前景進(jìn)行探討，希望為相關(guān)人士提供參考。

關(guān)鍵詞：煙草；故障診斷；技術(shù)

一、煙草設(shè)備的特點(diǎn)

煙草設(shè)備是指煙草生產(chǎn)過程中應(yīng)用的一般性設(shè)備與專用性設(shè)備的集合，一般性設(shè)備是指可以通用于較廣泛應(yīng)用場景下的鍋爐、烘干機(jī)、壓縮機(jī)等設(shè)備，專用性設(shè)備是指針對專用于煙草生產(chǎn)的煙絲膨脹機(jī)、引風(fēng)機(jī)、壓縮機(jī)、真空泵等設(shè)備，如圖1所示，此外，還包括動力設(shè)備等，這些設(shè)備都具有較大的體積與復(fù)雜的機(jī)械結(jié)構(gòu)，同時需要較高的生產(chǎn)效率應(yīng)對煙草極高的市場需求量。根據(jù)煙草生產(chǎn)過程中各個設(shè)備的使用效率與頻次，煙草設(shè)備也可以被分為關(guān)鍵設(shè)備與輔助設(shè)備，煙草企業(yè)以此對不同設(shè)備投入不同的維護(hù)資源，例如，對關(guān)鍵設(shè)備要求更高的保養(yǎng)與檢修頻次，同時對達(dá)到年限或工作量上限的設(shè)備進(jìn)行強(qiáng)制報廢與替換措施，以此確保生產(chǎn)的安全性與高效性。

二、煙草設(shè)備故障診斷的內(nèi)涵

煙草設(shè)備的故障診斷是針對煙草設(shè)備已發(fā)生或潛在發(fā)生的故障診斷，由于煙草設(shè)備復(fù)雜的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和煙草企業(yè)所需求的高生產(chǎn)效率，煙草設(shè)備的診斷需要滿足精確性、簡易性與快捷性三點(diǎn)原則。故障診斷一般分為簡易式的外部診斷與精確式的內(nèi)部診斷，其中，外部診斷是指檢修煙草設(shè)備各零部件，外部診斷通過直接觀察設(shè)備大范圍零部件，確定是否滿足正常工作的條件；內(nèi)部診斷主要指通過專業(yè)的檢測儀器定量測量各零部件的情況，內(nèi)部檢測相比于外部檢測的優(yōu)勢還在于能快速定位模塊中某一子模塊或零部件的故障，而不用通過依次排查與多次實驗確定問題，使問題檢測更加精確且可靠。對比兩種故障診斷方法，前者需要的技術(shù)難度更低，同時檢測成本也更低，適合檢修與維護(hù)技術(shù)成熟且以機(jī)械結(jié)構(gòu)為主的傳統(tǒng)設(shè)備，后者對技術(shù)、儀器的要求更高，適用于電控設(shè)備或主板的檢修。

煙草設(shè)備的常見故障主要包括電氣故障與機(jī)械故障，電氣故障是指電路或負(fù)載的超負(fù)荷運(yùn)轉(zhuǎn)產(chǎn)生的故障，機(jī)械故障是指設(shè)備工作中由于摩擦、碰撞產(chǎn)生的設(shè)備形變或損壞故障。切絲機(jī)故障主要源于切割質(zhì)地較硬的煙草原料時，電機(jī)超負(fù)荷運(yùn)作或為提高扭矩而加大制動性導(dǎo)致的設(shè)備過熱；加料機(jī)的故障主要源于變頻器故障或運(yùn)輸通道的軸承支撐性與穩(wěn)定性不足；烘絲機(jī)的故障往往由于溫濕度檢測裝置失靈或排污管道堵塞導(dǎo)致等，設(shè)備的故障會直接影響煙草產(chǎn)品的質(zhì)量。

三、煙草設(shè)備故障診斷存在的問題

（一）煙草設(shè)備故障檢修技術(shù)普遍落后

隨著煙草設(shè)備的迭代與更新，新興的煙草設(shè)備與傳統(tǒng)煙草設(shè)備的工作原理存在顯著不同，隨著煙草設(shè)備的大面積更新，無論是引進(jìn)進(jìn)口先進(jìn)設(shè)備還是采用國產(chǎn)現(xiàn)代化設(shè)備，都面臨檢修技術(shù)落后的情況，尤其是進(jìn)口設(shè)備故障檢修工作的難度極大。檢修技術(shù)的落后會直接影響煙草企業(yè)設(shè)備更新的計劃，也會阻礙企業(yè)在市場中的競爭力。故障診斷技術(shù)的滯后還體現(xiàn)在檢修效率較低，越是大規(guī)模的設(shè)備越需要復(fù)雜的檢修技術(shù)，但在以人工為主導(dǎo)的傳統(tǒng)故障診斷中，漏檢、錯檢等人為誤差也不斷增大，不僅給設(shè)備帶來嚴(yán)重的安全隱患，也給生產(chǎn)效率帶來一定的負(fù)面影響。

（二）技術(shù)人員的專業(yè)素質(zhì)與人才儲備不足

技術(shù)與設(shè)備的迭代使得傳統(tǒng)故障診斷人員的工作空間不斷擠壓，而現(xiàn)代故障診斷人才則出現(xiàn)大面積的缺口，對技術(shù)人才也從機(jī)械專業(yè)為主導(dǎo)的情況轉(zhuǎn)換為電控、自動化等專業(yè)的招募，企業(yè)與技術(shù)人員的對接缺乏經(jīng)驗，也使相關(guān)技術(shù)無法落實。此外，設(shè)備的更新也改變了故障診斷隊伍的架構(gòu)，掌握機(jī)械、自動化與煙草生產(chǎn)等專業(yè)知識的綜合性人才儲備不足，故障診斷存在大量的重復(fù)與無效工作，原本高效且精確的故障診斷成為消耗人力物力、降低生產(chǎn)效率的工作。

（三）故障診斷頻次過多導(dǎo)致設(shè)備使用壽命縮短

現(xiàn)代煙草設(shè)備往往采用電控驅(qū)動機(jī)械運(yùn)轉(zhuǎn)，但在正常的工作模式下，與電控模塊相比，機(jī)械部分的磨損與形變?nèi)允强s短機(jī)械使用壽命的主要原因。煙草設(shè)備長期高功率工作于高溫、高壓或高濕度的工作環(huán)境下，生產(chǎn)過程中的部分產(chǎn)物對煙草設(shè)備的腐蝕作用影響設(shè)備的使用壽命，因此設(shè)備應(yīng)確保嚴(yán)格的密封性。如果頻繁診斷或檢修設(shè)備，有可能影響機(jī)械結(jié)構(gòu)之間的連接與設(shè)備電控模塊的密閉性，對設(shè)備造成不可逆轉(zhuǎn)的損害。

（四）硬件設(shè)施不利于先進(jìn)技術(shù)落實

煙草設(shè)備總體上存在內(nèi)部空間狹小、設(shè)備嚴(yán)格密封、工作震動大、內(nèi)部信號存在相互干擾等現(xiàn)象，對于現(xiàn)代化動態(tài)檢測技術(shù)所要求的傳感器數(shù)據(jù)采集造成一定困難，例如，由于傳感器的加裝布線等操作，會破壞設(shè)備的密封性，同時震動不斷累積產(chǎn)生的共振，會影響傳感器的數(shù)據(jù)采集情況，造成傳感器脫落的風(fēng)險。此外，由于油液分析、光譜分析等技術(shù)的使用成本較高、診斷周期較長，也不適用于實際工程中。因此，當(dāng)前煙草設(shè)備故障診斷主要應(yīng)用于通用設(shè)備或輔助設(shè)備，較少應(yīng)用卷包等專用設(shè)備。

四、煙草設(shè)備故障診斷技術(shù)的優(yōu)化與應(yīng)用分析

（一）規(guī)范煙草設(shè)備故障診斷流程

針對煙草設(shè)備故障診斷存在的效率低與質(zhì)量差的問題，應(yīng)從制度出發(fā)，建立規(guī)范的故障診斷流程，以降低人為誤差的干擾。故障診斷應(yīng)從診斷管理與人員管理兩方面出發(fā)。

對于診斷管理而言，煙草設(shè)備故障應(yīng)根據(jù)加工階段采用不同的方式，建立全周期的故障診斷流程，即在生產(chǎn)前、生產(chǎn)中與生產(chǎn)后分別進(jìn)行不同方式的檢測與維修，全方位掌握煙草設(shè)備故障信息，防止相似問題規(guī)?；c隱形化，從制度上提高煙草的生產(chǎn)效率與生產(chǎn)質(zhì)量。對于人員管理而言，建立人員檢修時間信息與檢測信息檔案，對比不同階段設(shè)備檢測信息報告，對缺乏連貫性的檢修報告進(jìn)行溯源，設(shè)備反復(fù)發(fā)生故障或處于異常情況時，需要對相關(guān)負(fù)責(zé)人追責(zé)。

全周期故障檢測下，生產(chǎn)的各個環(huán)節(jié)與部門需要形成更加緊密的聯(lián)系，加強(qiáng)工作交接、信息交流與技術(shù)交互，適當(dāng)開展內(nèi)部不同部門之間的參觀，確保員工了解煙草生產(chǎn)的各環(huán)節(jié)信息。在信息技術(shù)支持下，企業(yè)應(yīng)積極利用線上資源開展員工的培訓(xùn)與實訓(xùn)，提高員工故障檢測的深度與廣度。此外，全周期故障檢測下事前檢測應(yīng)發(fā)揮重要作用，以實現(xiàn)故障預(yù)警，將損失降到最低，企業(yè)還應(yīng)利用信息化手段對故障進(jìn)行系統(tǒng)化歸納管理，建立故障信息管理平臺收集與發(fā)布故障信息，通過上位機(jī)通信動態(tài)監(jiān)控各煙草設(shè)備的工作情況，對超過正常工作狀態(tài)區(qū)間的設(shè)備發(fā)出預(yù)警，以提醒技術(shù)人員盡快處理。

（二）提高故障診斷的針對性

故障診斷的目的是精確、高效找到設(shè)備發(fā)生故障的原因，盡快修復(fù)故障并恢復(fù)生產(chǎn)，盡可能降低企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失。故障診斷必須將將消耗的時間、材料與人力成本盡可能降低，應(yīng)與精密的保養(yǎng)、維修與操作形成規(guī)范操作生產(chǎn)鏈，消除人為失誤造成的故障，縮小故障診斷范圍。

此外，診斷設(shè)備的選擇也要有針對性，例如通過溫度測量分析儀與紅外熱像儀分別檢測氣、液、固體的精確溫度與機(jī)械設(shè)備的局部溫度與平均溫度，通過震動檢測儀分析設(shè)備震動的基波信號。根據(jù)設(shè)備型號、上位機(jī)軟硬件、通信網(wǎng)絡(luò)、生產(chǎn)煙草種類采取不同型號的故障診斷儀器，實現(xiàn)更加精確的故障診斷。

（三）確保故障診斷技術(shù)的先進(jìn)性

現(xiàn)代煙草診斷技術(shù)需要在追求技術(shù)先進(jìn)性、高效性、穩(wěn)定性與低成本之間達(dá)到平衡，可以采取在線監(jiān)測與離線操作結(jié)合的故障診斷模式。在線監(jiān)測是指設(shè)備工況能實時受到上位機(jī)的監(jiān)測，控制信號通過無線網(wǎng)絡(luò)傳輸，而離線操作是指單個設(shè)備本地情況下的自動化操作。在線與離線的結(jié)合是在設(shè)備中嵌入微型傳感器，通過信號放大器處理信號，設(shè)置一定的采樣周期將信號離散化，最后間隔一段時間將數(shù)據(jù)上傳云端，相比于實時上傳，這種間隔上傳能有效解決實際工程中存在的帶寬有限、網(wǎng)絡(luò)擁堵、信號處理效率有限等問題，確保數(shù)據(jù)采集與處理的可行性。

（四）注意故障診斷的特征提取與內(nèi)在邏輯

設(shè)備的異常振動是煙草設(shè)備中的常見故障，以振動故障為例，排除人為因素與環(huán)境因素，異常振動的主要原因有摩擦震動、自激振動、強(qiáng)迫震動等，采用頻譜分析的方式能準(zhǔn)確反映振動發(fā)生的特征與機(jī)理，從而使故障縮小到一定范圍。在分析頻譜時，要注意采集設(shè)備的振蕩頻率，通過頻譜分析將其分解為基波、電磁振動波與其他高次諧波或分諧波，隨后分析振動波的振幅、相位以及與轉(zhuǎn)速的關(guān)系，如果異常振動體現(xiàn)在基頻上，振動原因可能為平衡震動；如果異常振動體現(xiàn)在高次諧波上，振動原因可能為摩擦振動，但故障之間也可能產(chǎn)生多種影響，例如，不平衡、動靜摩擦、熱彎曲、膨脹不順之間互為因果，因此在使用先進(jìn)診斷技術(shù)的同時，也要注意特征提取的主次關(guān)系與故障發(fā)生的內(nèi)在規(guī)律。

五、煙草設(shè)備故障診斷技術(shù)的展望

信息技術(shù)支持下的智能化故障檢測是煙草設(shè)備自動化的重要發(fā)展方向，智能化故障檢測要能實現(xiàn)設(shè)備故障的去人工化檢測、遠(yuǎn)程監(jiān)測與自動檢測。智能化的故障檢測技術(shù)通過設(shè)備上的無線互聯(lián)模塊將工廠內(nèi)的全部設(shè)備組成局域網(wǎng)，如圖2所示，通過一臺上位機(jī)檢測并控制所有加工設(shè)備，煙草設(shè)備通過內(nèi)置的高精度傳感器采集工作環(huán)境的溫濕度、振動頻率、噪音、位移、角度與熱效率等基本工作信息，再通過無線網(wǎng)絡(luò)上傳至信息平臺進(jìn)行數(shù)據(jù)的保存與處理，實現(xiàn)動態(tài)化的信息檢測與遠(yuǎn)程故障診斷。實現(xiàn)這一功能中，傳感器的選用、設(shè)置的位置、數(shù)據(jù)的采集、處理以及診斷策略的制定都是技術(shù)重點(diǎn)與難點(diǎn)，因此需要技術(shù)人員不斷試驗，以找出更可靠的技術(shù)。

未來故障診斷將是更精準(zhǔn)的特征提取網(wǎng)絡(luò)、更有效的專家系統(tǒng)之間的結(jié)合，應(yīng)積極利用小波神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)等現(xiàn)代化處理手段或取代傳統(tǒng)的信號與頻譜處理手段，以提高智能化故障診斷系統(tǒng)的泛化能力與學(xué)習(xí)能力。此外，現(xiàn)代神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)實際上一種基于概率的診斷網(wǎng)絡(luò)，要注意原始數(shù)據(jù)提取時的數(shù)量與質(zhì)量，進(jìn)一步提高該檢測方法的質(zhì)量，提升煙草制絲設(shè)備維護(hù)的速度和效果。

六、結(jié)語

煙草行業(yè)對我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展具有重要意義，煙草行業(yè)也是加工技術(shù)、設(shè)備管理與故障診斷技術(shù)、人員管理技術(shù)等方面的多元化發(fā)展。因此，煙草企業(yè)應(yīng)提高對設(shè)備故障診斷的認(rèn)知與重視程度，從深度、廣度與工程倫理等方面出發(fā)，加強(qiáng)對專業(yè)技術(shù)人員的招募與培養(yǎng)，實現(xiàn)煙草設(shè)備故障診斷的可持續(xù)發(fā)展，為我國煙草行業(yè)發(fā)展作出重要貢獻(xiàn)。

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